卢卓文
核工业工程研究设计有限公司 北京市顺义区 101300
摘要：管道设计是核化工建设的重要组成部分，由于核化工工艺管道的特殊要求，多数管道直径均不大于60.3mm，而冷煨弯管工艺恰是小管管道设计中的一种重要手段。冷煨弯管工艺通过改变管道形状，从而改变管道的安装走向，在伸缩性，耐压性，阻抗性等方面都具有良好的应用优势。本文简单介绍了核化工小管设计的相关内容，并对冷煨弯管工艺进行了基本概述，最后围绕冷煨弯管工艺在核化工小管设计中的应用进行了探讨。
关键词：冷煨弯管；核化工；小管设计；应用
引言
核化工厂工艺系统各子项工艺系统主要由设备和管道两部分组成。各类流体输送均需要通过管道实现，其稳定性，安全性显得极其至关重要，因此工艺管道是核化工安全、稳定运营的重要环节。核化工管道布置设计需要根据工艺系统的运营需求，空间布局、热膨胀效应等因素进行综合设计，在这个过程中难以避免管道走向改变的工艺设计，对于小管工艺管道而言，相比用弯头实现管道连接，冷煨弯管工艺可以大幅减少管线连接时焊接工作量和施工操作难度，降低振动，减少流体阻力，以提高系统运行安全性。因此在核化工小管设计中选择冷煨弯管工艺显得优势明显，有利于保证施工质量，降低施工成本，保持系统运行稳定性，减少工艺管道在役检查时焊缝的返修率，从而提高了核化工厂建设及运行投产的综合效益。
1 核化工小管设计及冷煨弯管工艺
1.1管道布置设计
核化工管道布置设计环节大体包括初步设计和详细设计两个方面。其中，初步设计主要是以管道工艺系统的建设要求为根本依据，对管道等级、设计参数、安装流程等进行确定，并且对照核化工厂房的整体布局要求，明确设备安装位置，从而规划管道位置，同时对管道布置设计中的应用材料和设备的相关清单进行初步确定。详细设计则需要按照相关技术规范，同时结合管道布置方案以及管道支吊架位置，对管道进行应力计算分析，若不符合管道应力要求，则需要重新优化管道布置设计并适当调整支吊架位置等，重新验证，直到使其符合应力要求。只有这样才能最大限度的避免后期各类安全运行事故的发生。在完成管道应力计算后，还需要对管道支架载荷和功能等进行确定，在设计好支架形式的基础上，进行力学校核，以此来确定好支架形式，从而满足支架载荷和功能需求。此外，管道布置设计还需要根据工艺管道系统清单，对相关管道的一系列参数进行精确的计算和分析，例如管道直径、管壁厚度、管道伴热情况、管道压力设计等，同时完善管道的质量监管、施工规范，安全操作。此外参照管道等级标准，对符合等级的管道材料进行严格审查，同时根据工艺流程图检测管道设计的标准性，使其符合各项工艺要求。核化工管道设计是一项具有反复性并需要持续改善的工作，在进行核化工管道设计时，设计人员要严格遵循科学规范执行，按照其设计原则进行相关操作。
1.2 冷煨弯管工艺
管道冷煨弯管工艺的工作原理是将管道沿着胎具进行拖拽和旋转，在纯弯曲的情况下，外径为D，壁厚为t的管材受外力矩的作用发生弯曲时，中性层外侧管壁受拉应力作用，管壁变薄；中性层内侧管壁受拉应力作用，管壁变厚；在此设计过程中，需要对试件在起弯点、终弯点和弯管中点位置三处截面外拱处测量弯曲后厚度进行计算管壁减薄量，在满足相关技术要求的情况下，通过管材的变形程度，制作符合要求的弯管。
相比热推弯管工艺，由于冷煨弯管工艺是不需要加热操作的，不改变管材材料金相组织，操作简便，使其在核化工小管设计和施工中具有一定的节能、高效优势。
2冷煨弯管工艺在核化工小管设计中的应用
2.1应用现状
通常，管道系统在布置上应减少压力损失或热力损失，但因核化工厂房布置特点及辐射区域的划分，往往管道需穿越较多的房间及墙体，管道布置优化空间较为局限，而在管道系统设计尤其是在小管管道设计时，相同条件下要优先选择弯管来代替弯头，减少焊缝数量同时也能够达到减少压力损失或热力损失的目的。对于直径小于或等于60.3mm 的管道在非必须要选用弯头时一般都宜采用弯管工艺进行设计。在较早的核化工布置文件中也对弯管工艺进行了相关的规定，例如弯管弯曲半径可达到5.0D （D 为管道外径） 以上，弯头的弯曲半径则为1.0D 到1.5D。由于核化工厂房的空间是有限的，在管道布置设计和安装的过程中受至于厂房室内空间局限性，因此前期应用的弯头比弯管设计要多。但是，随着弯管技术的不断发展，大口径弯管的最小弯曲半径可以达到3.0D,并已经成功在火电厂四大管道中应用。随着设备的精细化，工艺流程的优化，使得厂房空间有所提高，对弯管的要求为弯曲半径大于3.D即可满足要求，因此在核化工小管设计中，对于冷煨弯管的应用日渐增多。
2.2 应用优势
与弯头结构相比，冷煨弯管工艺的应用优势体现在以下几点：第一，在管道设计中，弯头的两端需要进行焊缝施工，而应用弯管设计能够减少焊缝数量，有利于降低管道焊接成本，此外，管道焊缝区域也是管道缺陷的高发区域，容易出现裂痕，因此，利用冷煨弯管工艺减少焊缝也是提高管道安全性的重要手段；第二，冷煨弯管结构具有较大的曲率，能够使得管道内部流体的运转速度提升，并且能够有效减少流体在改变流动方向时对管道内壁造成的冲击，进而避免了冲击力过大引发管道振动的问题，同时，管道弯曲部分与弯曲半径在应力系数方面呈正比关系，弯头结构与弯管结构相比较，产生的应力系数较大，因此为了降低管道弯曲部分的应力系数通常采用弯管工艺结构，进一步优化管道系统的应力分布；第三，一般情况下，管道内部的流体匀速流动对管道阻力要求较小，利用弯管工艺能够进一步减小管道内部阻力，有利于核化工运营效益的提高，同时参考管道设计的相关规范，90 度弯头局部阻力系数为0.25，而90度弯管局部阻力为0.20，更加有利于管道弯曲结构阻力的降低。此外，核化工在进行安全检查过程中，往往在管道焊缝检测中投入较高的成本，由于弯管工艺减少了管道焊缝数量，因此减少了管道无损检测的工作量，实现了核化工运营成本的有效控制。
3 结束语
总而言之，核化工厂房工艺系统管道多且大部分管径为小于或等于60.3mm管道，而冷煨弯管工艺是核化工小管设计的一种应用较多的手段，与弯头结构相比较，弯管工艺能够大幅减少管道焊缝数量、降低管道振动、减少管道内部阻力，将其应用到核化工小管设计中，大大提高了管道设计质量，大幅减少了施工图纸材料，同时方便管道施工，降低了施工难度，降低了管道后期焊缝检测成本，大大提高核化工建设的安全性和经济性。
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